JP3119694B2

JP3119694B2 - 加熱ロール

Info

Publication number: JP3119694B2
Application number: JP03301018A
Authority: JP
Inventors: 正受前嶋; 秀一松本; 光一猿波; 貞義西山; 裕小山内; 六郎伊藤; 守松尾
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 2000-12-25
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH05113729A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複写機等のオフイー
スオートメーション機器が有する加熱ロールに関するも
ので、特に加熱立ち上がり時間の短縮および温度分布の
均一性において大幅な改善を可能にする加熱ロールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】コピー機は現在、事務用機器の中でも広
く使用されている。また、コンピューターの普及にとも
ない、電子写真式のプリンターもその印字スピードと靜
粛性から多く使用されるようになっている。

【０００３】コピーもしくはプリンター等を用いての複
写には、帯電、露光、現像、転写、定着という一連のプ
ロセスがある。複写機の「原稿を忠実にかつ安定して再
現する」という目的を達するには、特に転写、定着とい
うプロセスが大きく影響している。

【０００４】この定着プロセスは被印刷材上に保持した
トナー像を熱などのエネルギーを付与して溶融、固着さ
せる工程であり、装置の単純化、安全性、熱効率の高さ
等の点から考えると、熱ローラー定着が最も適してい
る。

【０００５】最近、出現している複写のフルカラー化は
この定着工程において混色され、最終の色再現が完成す
るものであるが、ここで重要な点は重ねられた複数のト
ナー像を充分に加熱溶融するとともに、トナーの定着ロ
ールである加熱ロールへのオフセットを防止する点であ
る。

【０００６】従って、熱ローラー定着に用いる加熱ロー
ルは構造が単純であり、熱効率および安全性が高いこと
以外にも、均熱性が高いことなどが要求されている。

【０００７】前記定着プロセスにおいて、被印刷物が加
熱ロール外表面から得る熱エネルギーが印字品質に大き
な影響を及ぼすことから、従来から加熱ロールの素材に
は耐熱性を備えかつ、熱伝導率の大きいものが使用され
ていた。

【０００８】従来の加熱ロールは、高力アルミニウム合
金（６０００系）または耐食アルミニウム合金（５００
０系）の内表面にアルマイト層が形成された円筒状の押
し出し材からなるもので、有機染料を用いてその表面を
黒色に染色されていた。また、化学薬品を用いて前記押
し出し材の内表面に黒色化成膜が形成されたものも使用
されていた。

【０００９】前記加熱ロールの内部には棒状ヒータ、も
しくはハロゲンランプなどの発熱体が挿入されており、
これらの発熱体によって発生した熱は前述の黒色に染色
されたアルマイト層や黒色化皮膜からなる層により吸収
され、その吸収された熱が加熱ロール外表面に伝達して
いた。

【００１０】加熱ロールの内表面を黒色に染色するいわ
ゆる黒色化は、加熱ロール内部に設置された発熱体の熱
を効率よく吸収し、その熱を加熱ロールの外表面に短時
間に伝達させるために形成されているものである。この
黒色化処理が施された加熱ロールは、一定温度を保て、
加えて加熱ロールの外表面の温度をコントロールし易く
なるという利点もある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現状のアルミ
ニウム材料を黒色化処理したものは耐熱性に劣るため、
長期使用した場合には特性が低下するという問題があ
る。つまり、現状でのアルマイト層は２００℃以上に加
熱されると、基材との熱膨張率の違いによりクラックが
発生し、その結果、発熱体からの熱の吸収が悪くなると
共に均一な温度分布が得られ難くなるという問題があ
る。さらに、アルミニウム材料を有機染料を用いて黒色
化処理を施したものは、１５０℃以上に加熱されると有
機物が熱分解するため、その色調が黒色から茶色や黄色
に変色し、熱吸収が悪くなると共に、加熱ロール外表面
の温度の均一性が悪くなるという欠点がある。

【００１２】従って、現状では２００℃以上で長時間安
定した特性を保持できるようなアルミニウム材料を基材
とした加熱ロールを得ることは困難な状態である。本発
明は前記事情に鑑みてなされたもので、２００℃以上と
いう高温に耐え、３００℃加熱時の温度分布の均一性と
熱効率性に優れた部材からなる加熱ロールを提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】ここで、耐熱性が高い、
黒色の自然発色アルマイトについて説明をする。この自
然発色アルマイトの発色機構はアルミニウム合金中の合
金元素の一部がアルマイト層中に固溶して残留するた
め、その金属イオンが着色中心となって灰色〜黒色、茶
色、黄色等に発色したりあるいはこれらの金属イオンが
固溶することによって生成される格子欠陥などの存在に
よって黒色に着色して見える現象である。またこのよう
な着色現象は前記アルマイト層中に数μｍ〜０．１μｍ
位の金属粒子や金属間化合物粒子が分散して存在するこ
とによる光の散乱、吸収などにも起因しているものと考
えられる。

【００１４】このような自然発色合金の中で、複写機等
に使用される加熱ロールに加工でき、さらにアルマイト
層の特性が加熱ロールとして適するものを実験によって
求めた結果、以下に示す合金（特願平２−２２８９７１
号「特開平４−１１０４９３号：特許第２０７９０２６
号」、特願平３−１５５２２９「特開平６−１１６６６
７号：特許第２９６５２１９号」）を基材とし、このロ
ール基材の表面の少なくとも内面にアルマイト層を形成
したものが好適に用いられることが分かった。

【００１５】すなわち請求項１の加熱ロールでは、Ｍｎ
０．３〜４．３重量％とＭｇを０．０５重量％〜６重量
％含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物とからなる組
成を有し、かつＭｎとＡｌの金属間化合物が分散析出し
ているアルミニウム合金からなる筒状のロール基材の少
なくとも内面に遠赤外線放射特性に優れ、厚さ１０μｍ
以上であって、５００℃加熱時にクラックの生じないも
のであって、前記金属間化合物を避けるように枝分かれ
状に成長した多孔質構造のアルマイト層が形成され、ロ
ール基材内部に発熱体を配置した３００℃加熱試験時に
ロール基材内面の温度分布が３００±５℃であり、ロー
ル基材外面の温度分布差が５℃以内であるものとするこ
とで前記問題の解決を図った。

【００１６】この様な遠赤外線の放射特性に優れた加熱
ロールを得るには、溶湯中に塊状あるいは粉末状などの
Ａｌ−Ｍｎ合金とＡｌ−Ｍｇ合金を添加してから、例え
ば連続鋳造装置で鋳造し、その後熱処理を施し、ついで
通常の多孔質系硫酸電解液を用いて陽極酸化処理すれば
よい。

【００１７】

【００１８】

【００１９】Ｍｎの添加量については、その添加量が
４．３重量％を越えると鋳造時に粗大なＭｎ化合物が生
じ、圧延などの加工が困難になると同時に、アルマイト
層の形成時にＭｎ化合物を起点にしてアルマイト層にク
ラックが生じ易くなるので好ましくない。また、Ｍｎの
含有量が０．４重量％より少ない場合は、ＡｌとＭｎの
金属間化合物の析出量と分散状態に不足を生じ、充分に
枝別れした状態のアルマイト層が生成できず、５００℃
までクラックの入らないアルマイト層とならないので好
ましくない。

【００２０】さらに、Ｍｇは前記ＡｌとＭｎの金属間化
合物の析出を促進させるために添加するのであるが、そ
の添加量が０．０５重量％より少ない場合にはその析出
促進の効果がなく、また一方、添加量が６．０重量％を
越えると鋳造性や圧延性が低下するので好ましくない。

【００２１】なお、請求項１の加熱ロールに用いる基材
となる合金においては、以下に記載する範囲で不純物元
素を含んでいても差し支えない。Ｆｅ０．５重量％未
満、Ｓｉ０．５重量％未満、Ｃｒ０．３重量％未満、Ｚ
ｒ０．３重量％未満、Ｖ０．３重量％未満、Ｎｉ１重量
％未満、Ｃｕ１重量％未満、Ｚｎ１重量％未満、Ｔｉ
０．２重量％未満、Ｂｉ０．０５重量％未満、Ｂｅ０．
０５重量％未満である。不純物が前記範囲を越えると、
生成される金属間化合物の質の変化をきたし、赤外線放
射特性が悪くなるとともに、鋳造性、圧延性等が低下し
て製造加工が困難となる。

【００２２】請求項２の加熱ロールでは、Ｓｉを２〜２
５重量％含有し、かつＦｅ０．０５〜２．０重量％、Ｍ
ｇ０．０５〜２．０重量％、Ｃｕ０．０５〜６．０重量
％、Ｍｎ０．０５〜２．０重量％、Ｎｉ０．０５〜３．
０重量％、Ｃｒ０．０５〜０．５重量％、Ｖ０．０５〜
０．５重量％、Ｚｒ０．０５〜０．５重量％、Ｚｎ１．
０を越え７．０重量％以下のうち１種または２種以上を
含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物が含まれるア
ルミニウム合金からなり、かつＳｉ細粒が析出されてな
る基材の少なくとも内面に遠赤外線放射特性を有し、Ｓ
ｉ粒子を避けて枝分かれ状に成長したアルマイト層を備
え、ロール基材内部に発熱体を配置した３００℃加熱試
験時にロール基材内面の温度分布が３００±５℃であ
り、ロール基材外面の温度分布差が５℃以内であるもの
とする加熱ロールとなすことにより前記問題の解決を図
った。

【００２３】この遠赤外線放射特性に優れたアルマイト
層を有する加熱ロールも、請求項１の加熱ロールを得る
ために行った工程と同様の工程によって得ることができ
る。

【００２４】Ｓｉの含有量については、その添加量が２
５重量％を越えると、アルマイト層中の金属Ｓｉ粒子の
体積率が大きすぎてアルマイト層の強度、耐食性が低下
してしまうので好ましくない。また、添加量が２重量％
より小さい場合には金属Ｓｉ粒子の析出の数が少なくな
り、耐熱特性や遠赤外線の放射特性が不十分となるので
好ましくない。

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】Ｆｅは強度向上および結晶粒微細化のため
に有効である。Ｆｅの添加量が０．０５重量％未満では
その効果が得られず、２．０重量％を越えればアルマイ
ト層の強度と耐食性が低下する。また、Ｆｅの添加量が
２．０重量％を越えると、ＳｉがＦｅと化合して、Ａｌ
−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物の量が増加し、遠赤外線
放射特性が低下する。従って、Ｆｅを添加する場合の添
加量は、０．０５〜２．０重量％の範囲が好ましい。な
お、ダイカスト鋳造を適用する場合は、Ｆｅの添加量が
０．２重量％未満であると焼き付きが生じ易くなってダ
イカスト鋳造が困難となることがあるので、０．２重量
％以上であることが好ましい。

【００２９】Ｍｇも強度向上に寄与する。Ｍｇの添加量
が０．０５重量％未満ではその効果が得られず、２．０
重量％を越えるとＭｇとＳｉとが結合してＭｇ₂ Ｓｉの
生成量が増加し、遠赤外線放射特性が低下する。従っ
て、Ｍｇを添加する場合の添加量は、０．０５〜２．０
重量％の範囲が好ましい。

【００３０】Ｃｕも強度向上に寄与する。Ｃｕの添加量
が０．０５重量％未満では、その効果が得られず、６．
０重量％を越えると、鋳造性、塑性加工性、耐食性が低
下する。従って、Ｃｕを添加する場合の添加量は、０．
０５〜６．０重量％が好ましい。

【００３１】Ｍｎは強度向上に寄与するとともに、結晶
粒微細化、耐熱性向上に寄与する。Ｍｎの添加量が０．
０５重量％未満ではこれらの効果が得られず、２．０重
量％を越えるとＭｎがＳｉと結合してＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ
系の金属間化合物の生成量が増加し、遠赤外線放射特性
が低下する。また、添加量が２．０重量％を越えると鋳
造も困難となる。従って、Ｍｎを添加する場合の添加量
は、０．０５〜２．０重量％が好ましい。

【００３２】Ｎｉも強度向上に寄与するとともに、耐熱
性向上に寄与する。Ｎｉの添加量が０．０５重量％未満
ではこれらの効果が得られず、３．０重量％を越えると
鋳造が困難となる。従って、Ｎｉを添加する場合の添加
量は、０．０５〜３．０重量％が好ましい。

【００３３】Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖの元素も強度向上に寄与す
るとともに結晶粒微細化に寄与する。いずれも０．０５
重量％未満ではそれらの効果が得られず、０．５重量％
を越えると粗大な金属間化合物が生成し、これによって
強度が低下する。従って、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖのうち１種ま
たは２種以上を添加する場合の添加量はいずれも単独量
で０．０５〜０．５重量％が好ましい。なお、スラブ、
ビレットなどの圧延や押しだし、あるいは鋳造を適用す
る場合は、これらの元素の単独添加量は、０．３重量％
をこえると塑性加工性が低下して製造が困難となるか
ら、単独添加量で０．３重量％以下が好ましい。

【００３４】Ｚｎは溶解原料にスクラップを使用した場
合に必然的に混入する元素であるが、１重量％を越えて
積極的に含有させた場合強度向上に寄与する。Ｚｎ１重
量％以下ではその効果が得られず、７．０重量％を越え
るとその鋳造性が低下する。従って、Ｚｎを積極的に含
有させる場合、その添加量は１．０重量％を越え７．０
以下が好ましい。

【００３５】さらに、請求項２または請求項３の加熱ロ
ールに用いる加熱ロール基材用の合金としては、組織微
細化のために請求項３で規定しているように、Ｔｉ、
Ｐ、Ｎａ、Ｓｂ、Ｓｒのうち１種または２種以上を含有
してもよい。これらの成分限定理由は次の通りである。

【００３６】Ｔｉは鋳塊結晶粒の微細化を通じて組織の
微細化に寄与する。Ｔｉの添加量が０．００５重量％未
満ではその効果が得られず、０．２重量％を越えると粗
大な金属間化合物が生成されて好ましくない。従って、
Ｔｉを添加する場合の添加量は、０．００５〜０．２重
量％が好ましい。なお、鋳塊結晶粒微細化のためには、
ＴｉとともにＢを共存させることが効果的である。この
場合Ｂの添加量は１ｐｐｍ未満ではその効果が得られ
ず、１００ｐｐｍを越えるとその効果が飽和するからＴ
ｉとあわせてＢを添加する場合の添加量は、１〜１００
ｐｐｍの範囲が好ましい。

【００３７】Ｐは初晶Ｓｉの微細化に寄与する。この
為、Ｐの添加量は初晶Ｓｉが初出するような約１０重量
％以上のＳｉを含有する合金の場合に効果的である。Ｐ
の添加量は０．００５重量％未満では初晶Ｓｉの微細化
の効果が得られず、０．１重量％を越えるとその効果が
飽和する。従って、Ｐを添加する場合の添加量は、０．
００５〜０．１重量％が好ましい。

【００３８】Ｎａ、Ｓｂ、Ｓｒの元素は共晶Ｓｉの微細
化に寄与する。いずれも０．００５重量％未満ではその
効果が得られない。Ｎａ、Ｓｒは０．１重量％を越える
とその効果が飽和し、Ｓｂは０．３重量％を越えるとそ
の効果が飽和する。従って、Ｎａを添加する場合の添加
量は０．００５〜０．１重量％、Ｓｂを添加する場合の
添加量は０．００５〜０．３重量％、Ｓｒを添加する場
合の添加量は０．００５から０．１重量％が好ましい。
なお、Ｎｂ、Ｓｂ、ＳｒがＰと共存する場合には、Ｐに
よる初晶Ｓｉの微細化効果が失われてしまうから、Ｐと
は共存させないことが望ましい。

【００３９】請求項３の加熱ロールに用いる基材となる
アルミニウム合金の添加元素は、以上の各元素の他、Ｂ
ｅを１〜１００ｐｐｍ程度添加することは特に支障はな
い。また、その他の元素も合計で１重量％以下程度の微
量であれば、特に問題はない。

【００４０】なお、請求項２ないし請求項３の加熱ロー
ルを製造する場合、加熱ロール基材の製造にダイカスト
鋳造を適用する場合は、Ｓｉ添加量が１５重量％を越え
ると鋳造性が低下するから、１５重量％以下とすること
が好ましい。また、ＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）を適所
しかつ圧延に共する場合も、Ｓｉの添加量が、１５重量
％を越えると圧延割れが生じ易くなって製造が困難とな
るから、１５重量％以下とすることが好ましい。一般的
には、Ｓｉの添加量が１５重量％を越える場合は粉末治
金法を適所することが好ましい。

【００４１】なお、請求項１ないし請求項３の加熱ロー
ルに用いる遠赤外線放射特性に優れたアルマイト層を形
成する手段である陽極酸化処理は、特に限定されず、硫
酸、しゅう酸等の無機酸、有機酸あるいはこれらの混合
酸等の電解浴で電流波形も直流、交流、交直併用、交直
畳重、あるいは一瞬であっても正極性を有する電流波形
であればいずれでも使用できる。但し、経済性、作業効
率の観点から硫酸浴で直流電流を用いるのが好ましい。

【００４２】

【作用】請求項１の加熱ロールは、Ｍｎ０．３〜４．３
重量％とＭｇを０．０５重量％〜６重量％含有し、残部
がＡｌおよび不可避不純物とからなる組成を有し、かつ
ＭｎとＡｌの金属間化合物が分散析出しているアルミニ
ウム合金からなる基材の少なくとも内面に遠赤外線放射
特性に優れ、厚さ１０μｍ以上であって、５００℃加熱
時にクラックの生じないものであって、前記金属間化合
物を避けるように枝分かれ状に成長した多孔質構造のた
アルマイト層が形成され、ロール基材内部に発熱体を配
置した３００℃加熱試験時にロール基材内面の温度分布
が３００±５℃であり、ロール基材外面の温度分布差が
５℃以内であるものとするものである。

【００４３】

【００４４】上記請求項１の加熱ロールは、特定量のＭ
ｎを含有するＡｌ合金を熱処理することにより得られる
ＭｎとＡｌの金属間化合物が全体に分散析出されている
合金材を基材としているものである。この基材を陽極酸
化処理すると、アルミニウム合金材の表面に黒色の赤外
線放射特性に優れたものであって、前記金属間化合物を
避けるように枝分かれ状に成長した多孔質構造の多孔質
のアルマイトが形成される。

【００４５】ここでアルマイト層は、ＭｎとＡｌの金属
間化合物の析出部分を避けるようにして成長することか
ら、複雑な多孔質構造となる。この枝分かれした複雑な
多孔質構造のアルマイト層は、歪の吸収能力が高いので
熱歪に起因するクラック発生の恐れが少ない。さらに、
仮に小さなクラックが発生したとしても、クラックが伝
播する恐れがないためにヒートショックにも強くなり、
アルマイトの耐熱性が向上する。

【００４６】また、アルマイト層自身が黒色を呈するた
めに、高温において退色するという欠点もなく、低温か
ら高温まで安定した赤外線の放射特性が得られる利点を
有するものである。

【００４７】なお、前記アルマイト層は、厚さ１０μｍ
以上であることが好ましい。アルマイト層の厚さが１０
μｍよりも薄いときは黒色度が不足するとともに、微細
孔が枝分かれした多孔質構造のアルマイト層の熱歪を吸
収する能力も低下するため、赤外線の放射特性が低下す
るだけでなく、２００℃以下でもクラックを生じ易くな
る。これに対して、アルマイト層の厚さが、１０μｍ以
上であれば、表面の明度を示すマンセル値は明度３．５
以下の黒色度を示すようになるとともに、５００℃まで
加熱してもクラックは発生せず、黒色度の変化の恐れも
ないので、広い波長域で安定した遠赤外線の放射特性が
得られる。

【００４８】

【００４９】請求項２の加熱ロールは、Ｓｉを２〜２５
重量％含有し、かつＦｅ０．０５〜２．０重量％、Ｍｇ
０．０５〜２．０重量％、Ｃｕ０．０５〜６．０重量
％、Ｍｎ０．０５〜２．０重量％、Ｎｉ０．０５〜３．
０重量％、Ｃｒ０．０５〜０．５重量％、Ｖ０．０５〜
０．５重量％、Ｚｒ０．０５〜０．５重量％、Ｚｎ１．
０を越え７．０重量％以下のうち１種または２種以上を
含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物を含む合金か
らなる筒状のロール基材の少なくとも内面に遠赤外線放
射特性に優れ、厚さ１０μｍ以上であって、５００℃加
熱時にクラックの生じないものであって、前記金属間化
合物を避けるように枝分かれ状に成長した多孔質構造の
アルマイト層が形成され、ロール基材内部に発熱体を配
置した３００℃加熱試験時にロール基材内面の温度分布
が３００±５℃であり、ロール基材外面の温度分布差が
５℃以内としたものである。

【００５０】請求項３の加熱ロールは、請求項２記載の
加熱ロールにおいて、基材となる合金の成分としてさら
にＴｉ０．００５〜０．２重量％を含有するとともに、
Ｐ０．００５〜０．１重量％、Ｎａ０．００５〜０．１
重量％、Ｓｂ０．００５〜０．３重量％、Ｓｒ０．００
５〜０．１重量％のうち１種または２種以上が含有され
ている。

【００５１】請求項２、３の加熱ロールに使用されてい
る基材となる合金は、特定量のＳｉを含有するＡｌ合金
を熱処理することにより得られるもので、金属Ｓｉ粒子
が全体に分散している合金材を基材としているものであ
る。この基材を陽極酸化処理すると、合金材の表面に金
属Ｓｉ粒子として取り込んだアルマイト層が形成され
る。

【００５２】このアルミニウム合金の組織状態、特に金
属Ｓｉ粒子の分散状態について説明する。相当量のＳｉ
を含有する系のアルミニウム合金では、鋳造時にその添
加量に応じて初晶Ｓｉ、共晶Ｓｉとして晶出する。そし
て鋳造後に熱処理された場合、Ａｌマトリックス中から
も金属Ｓいが析出する。これらの晶出Ｓｉ（初晶Ｓｉ、
共晶Ｓｉ）や析出Ｓｉは陽極酸化処理後においてもその
まま金属Ｓｉ粒子としてアルマイト層中に残存する。そ
してこのアルマイト層中の金属Ｓｉ粒子は、遠赤外線放
射特性やアルマイト層の耐クラック性に大きな影響を与
える。

【００５３】すなわち、アルマイト層中に金属Ｓｉ粒子
が分散するため、入射光が散乱、吸収されて、遠赤外線
放射特性が向上する。また、可視光線も吸収されるた
め、目視の色調も黒くなる。さらに、陽極酸化処理時に
おけるポアの成長過程で、ポアが金属Ｓｉ粒子を避ける
ようにして成長するため、ポアが枝分かれした構造とな
り、入射光に対するアルマイト層中での散乱、吸収が助
長され、遠赤外線放射特性が一層向上する。

【００５４】アルマイト層中の金属Ｓｉ粒子は応力の緩
和点として機能する。また、ポアの枝分かれ構造は歪の
吸収能が高いので、クラックが生じ難くなると共に仮に
クラックが発生してもその伝播が阻止される。

【００５５】良好な遠赤外線の放射特性を得るために
は、金属Ｓｉ粒子のサイズ（粒径）と分布が重要であ
る。つまり、金属Ｓｉ粒子の径が０．０５μｍ未満の場
合には、可視光線、遠赤外線の散乱吸収が不十分であっ
て、良好な放射特性が得られず、また、目視にも黄色味
が強くなって黒色とは言えなくなる。従って、粒径が
０．５μｍ以上の金属Ｓｉ粒子が存在することが必須で
ある。このため、０．０５μｍ以上の金属Ｓｉ粒子の分
布状態を滴切に制御する必要がある。

【００５６】金属Ｓｉ粒子が全く存在しないか、または
存在しても粒径が０．０５μｍ未満の金属Ｓｉ粒子しか
存在しない領域は、可視光線、遠赤外線の吸収が劣る。
従ってそのような領域がある程度以上存在すると、全体
に黒色とならず、かつ遠赤外線放射特性が悪くなる。ま
た、前記領域は、応力を緩和するポイントが皆無である
かまたはきわめて少ないため、その領域のアルマイト層
はクラックが生じ易くなる。

【００５７】従って、金属Ｓｉ粒子が存在しないかまた
は存在しても０．０５μｍ未満の粒子のみであるような
領域（以下、無粒子領域と略称する。）を次の２つの条
件によって規制する。（Ａ）無粒子領域に描ける円の最大直径が５０μｍ以下
であること。（Ｂ）無粒子領域のうち、直径１５μｍの円を描ける領
域の合計面積がアルマイト層の全面積に対し面積率で３
０％以下であること。

【００５８】ここで（Ａ）の条件は、個々の無粒子領域
の広さが小さいことを意味し、（Ｂ）の条件は、ある程
度以上の広さの無粒子領域の合計面積が少ないことを意
味する。

【００５９】アルミニウム合金の鋳塊組織は、デンドラ
イト構造でありデンドライト部分（樹枝状部分）はα固
用体となっている。そしてα固溶体からなるデンドライ
ト部分の周囲は、共晶領域（α相と金属Ｓｉとが交互に
共存する領域）となっている。従って、この場合はデン
ドライト部分のα固溶体の領域が無粒子領域であるとい
える。

【００６０】また、一般に過共晶のＡｌ−Ｓｉ合金で
は、初晶Ｓｉが晶出し、鋳塊組織では初晶Ｓｉの周辺が
α固溶体となることが多い。この場合、初晶Ｓｉの周辺
のα固溶体の部分を無粒子領域ということができる。

【００６１】さらに、鋳造時の冷却速度が遅い除冷組織
の場合には、共晶組織中の金属Ｓｉが粗大で不規則針状
となり、デンドライト部分の境界が不鮮明となることが
ある。この場合、共晶組織中の金属Ｓｉの相互間の部分
全てを無粒子領域とみなければならないこともある。

【００６２】鋳造後に熱処理を行う場合、デントライト
部分のα固溶体中に金属Ｓｉ粒子が析出する。従って、
元のデンドライト部分も無粒子領域ではなくなることが
多い。

【００６３】鋳塊に対して押しだしや鋳造、圧延等の塑
性加工を行った場合には、鋳塊段階でデンドライト部分
の無粒子領域の形状、寸法が変化する。

【００６４】以上のような全ての場合に共通して無粒子
領域の広さや面積率を規定できるように前記２つの条件
（Ａ）、（Ｂ）を適用している。

【００６５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の加熱ロールを
詳しく説明する。図１は本実施例の加熱ロール６を示す
一部断面視した斜視図である。この加熱ロール６は、外
径２５．０φ、内径２３．０φ、長さ２５０ｍｍの以下
に示す合金からなる円筒状のロール基材３の外表面に厚
さ３０μｍのフッ素系樹脂膜２を形成したものであり、
ロール基材３の内表面には、図２に示すような、遠赤外
線放射特性に優れたアルマイト層４が形成されている。
このアルマイト層４は金属間化合物からなる粒子５、も
しくは単体からなる粒子５が分散しているロール基材３
の表面に前記粒子５を避ける様にして成長している。前
記フッ素系樹脂膜２はトナーの非粘着化処理のために形
成されたものである。

【００６６】前記加熱ロール６は、以下に示す４種の材
料を用いて作成した。但し、ｃ）、ｄ）は比較のための
もので、従来用いていた加熱ロール６の材料である。ａ）Ｍｎを２．０重量％含有してなるＡｌ合金（Ａｌ−
Ｍｎ合金）ｂ）Ｓｉを０．５重量％含有してなるＡｌ合金（Ａｌ−
Ｓｉ合金）ｃ）５０５６材（ＪＩＳ記載の合金）ｄ）６０６３材（ＪＩＳ記載の合金）

【００６７】前記ａ）およびｂ）のＡｌ合金からなる加
熱ロール６は以下に示す手順で作成された。溶湯中に塊状あるいは粉末状などのＡｌ−Ｍｎ合金あ
るいはＡｌ−Ｓｉ合金を添加してから連続鋳造装置を用
いてＡｌ合金からなるロール基材３を鋳造した。上記ロール基材３を３００〜６００℃の高温で０．５
〜２４時間程度の加熱処理を施した。この加熱処理済みのロール基材３をさらに、通常の多
孔質系硫酸電解液を用いて陽極酸化処理して、内表面に
アルマイト層４を形成した。前記ロール基材３のアルマイト層４が形成されていな
い面に、フッ素系樹脂であるテフロンをスプレーで吹き
付け、厚さ数十μｍのフッ素系樹脂膜２を形成した。

【００６８】前記ｃ）およびｄ）の素材からなる加熱ロ
ール６は、前記素材を硫酸電解浴により陽極酸化処理し
て、厚さ２５μｍのアルマイト層４を形成したものであ
るが、このアルマイト層４は自然発色合金でないため、
明るい象牙色を呈していた。この為、黒色有機染料であ
るタツクブラック（奥野製薬ＫＫ製）を用いてこのアル
マイト層４を黒色に染色した。前記ｃ）のアルマイト層４は染色後、暗い灰色を呈して
いた。前記ｄ）のアルマイト層４は染色後、灰色を呈してい
た。

【００６９】ついで、これら４種の加熱ロール６の熱吸
収性および熱伝達性を、図３に示すような実験により比
較した。実験に使用した発熱体１は、４００Ｗのハロゲ
ンランプであり、加熱ロール６の中心部に設置した。そ
して、３００±１０℃の範囲で発熱するように温度調整
をした。

【００７０】加熱ロール６の内表面に形成されたアルマ
イト層４の最外面のポイントａ₁ 、ａ₂ 、ｂ₁ 、ｂ₂ 、
ｃ₁ 、ｃ₂ の表面温度を熱電対を用いて測定することに
より熱吸収性を比較し、さらに前記加熱ロール６の外表
面に形成されたフッ素系樹脂膜２の最外面のポイントＡ
₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｃ₁ 、Ｃ₂ の表面温度を測定す
ることにより熱伝達性を比較した。

【００７１】その結果を第１表に示す。以下、余白。

【００７２】第１表から明らかなように、本実施例の加
熱ロール６は従来の加熱ロール６と比較して、熱吸収
性、熱伝達性ともに優れている。また、加熱ロール６の
長手方向においても熱分布性が広く均一化している。

【００７３】さらに、熱吸収性、熱伝達性の実験と平行
して、先に示したポイントで変色・クラック発生の観察
をした。その結果を第２表に示す。但し、この観察は３
００℃・２時間後の加熱ロールを観察した結果である。

【００７４】以下、余白。

【００７５】第２表から明らかなように、本実施例の加
熱ロール６は熱に対して変色せず、さらに従来の加熱ロ
ール６にクラックが発生するような条件下でも、クラッ
クの発生は認められなかった。

【００７６】また、前記実験に使用した加熱ロール６の
素材を用いて板状の試験片を作成し、その試験片を２５
０℃に加熱して、遠赤外線分光放射特性を測定した。そ
の結果を第３表に示す。

【００７７】以下、余白。

【００７８】表３から明らかなように、本実施例の加熱
ロール６は従来のものと比較して、遠赤外線全放射率も
大きなものとなった。

【００７９】本実施例の加熱ロール６は、Ｍｎを２．０
重量％含有してなるＡｌ合金からなるロール基材３、ま
たはＳｉを５．０重量％含有してなるＡｌ合金からなる
ロール基材３に遠赤外線放射特性に優れたアルマイト層
４が形成されたものである。この加熱ロール６は、従来
の加熱ロール６と比較して耐熱性、熱吸収性、熱伝達
性、熱均一性に優れている。この加熱ロール６を複写機
またはプリンターに用いると、被印刷物に熱がよく伝わ
り、トナーがより溶融する。従って、本実施例の加熱ロ
ール６を複写機またはプリンターに用いると、高速で安
定して鮮明な画像を再現できる。

【００８０】本実施例の加熱ロール６の素材は熱伝達性
が優れているので、加熱ロール６の長手方向においても
熱分布が均一である。従って本実施例の加熱ロール６で
は、大型化が可能なため大判用紙でも全面に渡って鮮明
な画像を得ることができる。

【００８１】なお、本実施例の加熱ロール６では、加熱
ロール６の内表面のみに遠赤外線放射特性に優れたアル
マイト層４を形成したが、フッ素系樹脂膜２の下に形成
することも可能である。この場合の加熱ロール６は、ロ
ール基材３の上にフッ系樹脂膜２の焼き付けて形成する
とき、アルマイト層４の遠赤外線放射率が高いために、
前記フッ素系樹脂膜２の焼付けが均一に、かつ短時間で
行うことができる。

【００８２】さらに、より熱を保てるのでトナーの定着
強度がますます向上し、厚さの厚い被印刷物でも早く、
安定して鮮明な画像を複写できる。

【００８３】

【００８４】

【００８５】

【発明の効果】請求項１の加熱ロールでは、Ｍｎ０．３
〜４．３重量％とＭｇを０．０５重量％〜６重量％含有
し、残部がＡｌおよび不可避不純物とからなる組成を有
し、かつＭｎとＡｌの金属間化合物が分散析出している
アルミニウム合金からなる基材の少なくとも内面に遠赤
外線放射特性に優れたアルマイト層が形成されている。

【００８６】この加熱ロールは、優れた遠赤外線放射特
性を有し、さらに５００℃程度の高温まで熱歪によるク
ラックが生じることがないので耐熱性に優れ、更に３０
０℃加熱試験において加熱ロール内面で３００±５℃で
あり、加熱ロール外面で温度差５℃の均一な温度分布が
得られる。従って、請求項１の加熱ロールは、２００℃
以上という高温に耐え、５００℃加熱でもクラックを生
じることがなく、温度分布の均一性と優れた熱効率性と
を兼ね備えた加熱ロールなので、この加熱ロールを用い
ることにより忠実かつ安定して鮮明な画像を再現でき
る。

【００８７】

【００８８】

【００８９】請求項２の加熱ロールでは、Ｓｉを２〜２
５重量％含有し、かつＦｅ０．０５〜２．０重量％、Ｍ
ｇ０．０５〜２．０重量％、Ｃｕ０．０５〜６．０重量
％、Ｍｎ０．０５〜２．０重量％、Ｎｉ０．０５〜３．
０重量％、Ｃｒ０．０５〜０．５重量％、Ｖ０．０５〜
０．５重量％、Ｚｒ０．０５〜０．５重量％、Ｚｎ１．
０を越え７．０重量％以下のうち１種または２種以上を
含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物が含まれる合
金からなる基材の少なくとも内面に遠赤外線放射特性に
優れたアルマイト層が形成されている。

【００９０】この加熱ロールは、優れた遠赤外線放射特
性を有し、さらに５００℃程度の高温まで熱歪によるク
ラックが生じることがないので耐熱性に優れ、更に３０
０℃加熱試験において加熱ロール内面で３００±５℃で
あり、加熱ロール外面で温度差５℃の均一な温度分布を
得ることができる。従って、請求項２の加熱ロールは、
２００℃以上という高温に耐え、５００℃加熱でもクラ
ックを生じることがなく、温度分布の均一性と優れた熱
効率性とを兼ね備えた加熱ロールなので、この加熱ロー
ルを用いることにより忠実かつ安定して鮮明な画像を再
現できる。

【００９１】請求項３の加熱ロールでは、請求項３また
は請求項４記載の加熱ロールのロール基材の合金成分と
して、さらにＴｉ０．００５〜０．２重量％を含有する
とともに、Ｐ０．００５〜０．１重量％、Ｎａ０．００
５〜０．１重量％、Ｓｂ０．００５〜０．３重量％、Ｓ
ｒ０．００５〜０．１重量％のうち１種または２種以上
が含有されている。

【００９２】この加熱ロールは、優れた遠赤外線放射特
性を有し、さらに５００℃程度の高温まで熱歪によるク
ラックが生じることがないので耐熱性に優れ、更に３０
０℃加熱試験において加熱ロール内面で３００±５℃で
あり、加熱ロール外面で温度差５℃の均一な温度分布が
得られる。従って、請求項３の加熱ロールは、２００℃
以上という高温に耐え、５００℃加熱でもクラックを生
じることがなく、温度分布の均一性と優れた熱効率性と
を兼ね備えた加熱ロールなので、この加熱ロールを用い
ることにより忠実かつ安定して鮮明な画像を再現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例の加熱ロールを示す一部断面視し
た斜視図である。

【図２】図２はアルマイト層を拡大した断面図である。

【図３】図３は実施例の加熱ロールを用いて行った実験
を説明するための一部断面視した斜視図である。

【符号の説明】

３基材４アルマイト層５金属間化合物からなる粒子、単体からなる粒子６加熱ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山貞義東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者小山内裕東京都江東区木場一丁目５番１号藤倉電線株式会社内 (72)発明者伊藤六郎浜松市塩町25番地 (72)発明者松尾守東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号スカイアルミニウム株式会社内 (56)参考文献特開平１−193778（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−10283（ＪＰ，Ａ) 特開平２−230683（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−13028（ＪＰ，Ａ) 特開平３−216985（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−11642（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−235456（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−56559（ＪＰ，Ａ) 特開平４−110493（ＪＰ，Ａ) 特開平６−116667（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−178852（ＪＰ，Ｕ) 特公昭42−24731（ＪＰ，Ｂ１) 特公昭43−2855（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/20 103 G25D 11/04 - 11/04 308 H05B 3/00 335 H05B 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｎ０．３〜４．３重量％とＭｇを０．
０５重量％〜６重量％含有し、残部がＡｌおよび不可避
不純物とからなる組成を有し、かつＭｎとＡｌの金属間
化合物が分散析出しているアルミニウム合金からなる筒
状のロール基材の少なくとも内面に、遠赤外線放射特性
に優れ、厚さ１０μｍ以上であって、５００℃加熱時に
クラックの生じないものであって、前記金属間化合物を
避けるように枝分かれ状に成長した多孔質構造のアルマ
イト層が形成され、ロール基材内部に発熱体を配置した
３００℃加熱試験時にロール基材内面の温度分布が３０
０±５℃であり、ロール基材外面の温度分布差が５℃以
内であることを特徴とする加熱ロール。
【請求項２】Ｓｉを２〜２５重量％含有し、かつＦｅ
０．０５〜２．０重量％、Ｍｇ０．０５〜２．０重量
％、Ｃｕ０．０５〜６．０重量％、Ｍｎ０．０５〜２．
０重量％、Ｎｉ０．０５〜３．０重量％、Ｃｒ０．０５
〜０．５重量％、Ｖ０．０５〜０．５重量％、Ｚｒ０．
０５〜０．５重量％、Ｚｎ１．０を越え７．０重量％以
下のうち１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよ
び不可避的不純物よりなり、かつＳｉ細粒が分散析出し
ている筒状のロール基材の少なくとも内面に遠赤外線放
射特性に優れ、厚さ１０μｍ以上であって、５００℃加
熱時にクラックの生じないものであって、前記Ｓｉ細粒
を避けるように枝分かれ状に成長した多孔質構造のアル
マイト層が形成され、ロール基材内部に発熱体を配置し
た３００℃加熱試験時にロール基材内面の温度分布が３
００±５℃であり、ロール基材外面の温度分布差が５℃
以内であることを特徴とする加熱ロール。
【請求項３】請求項２記載の加熱ロールにおいて、ロ
ール基材の合金の成分として、さらにＴｉ０．００５〜
０．２重量％を含有するとともに、Ｐ０．００５〜０．
１重量％、Ｎａ０．００５〜０．１重量％、Ｓｂ０．０
０５〜０．３重量％、Ｓｒ０．００５〜０．１重量％の
うち１種または２種以上が含有されていることを特徴と
する加熱ロール。